Хартията е тънък, плосък материал във формата на лист, използван за писане, рисуване, печатане, пакетиране, почистване и др. Произвежда се чрез пресоването на влажни растителни влакна, съдържащи целулоза. Когато влакната изсъхват те остават слепени обиковено без допълнително свързващо средство, основно благодарение на водородните връзки и донякъде на това, че те са преплетени. За добиването на целулозата най-често използваният материал е дървесна маса от подходящи дървесни видове – с мека дървесина като например смърч, ела, бор, но могат да се използват и други растителни влакна – от памук, лен, коноп и оризова слама. За производството на хартия се използват видовете дървесина от култивирани гори, които са по-точно отпадъчен дървен материал и трудно могат да бъдат употребени за друга цел. Така тази непотребна част от дървения материал се използва като суровина за хартиената промишленост. Втората важна суровина за производството на хартия е рециклиран или вторичен влакнест материал, получен от отпадъчна хартия и използван картон.
Хартията и процесът на производство от целулоза е открит в Китай в началото на II век по време на династията Хан[1] Производството на хартия достига до пределите на средновековна Европа през Ал Андалус (днешна Испания и Португалия) през X век. Подобряването на качеството на хартията по-късно допринася за успеха на Йоханес Гутенберг в създаването на модерното книгопечатане.
Преди изобретението на хартията хората използват най-различни материали – кожи, папирус, бамбук.
Най-старите познати археологически фрагменти, които представляват непосредствен предшественик на съвременните хартия, са от II век пр.н.е. от Китай. Производството на хартия се смята за едно от четирите велики изобретения на Китай.[1] През 105 г. възрастен евнух на име Цай Лун, който служи в двора на династията Хан, изобретява хартията като използва износена рибарска мрежа, кора от черница, влакна от лико и парцали. Тези суровини са евтини и се намират в изобилие. Той ги смесва с вода, прави каша, която после суши и пресова. Според легендата, той наблюдава как птиците правят гнезда и взима идеята оттам. Цай представя изобретението си в двора и то много се харесва. Производството се пази в дълбока тайна дълго време.
Евтините материали позволяват производството на голямо количество хартия. Широката ѝ употреба започва през III век, a през VI век китайците изобретяват тоалетната хартия. По време на династия Тан (618 – 907 г.) хартията се използва за създаване на торбички. По време на династия Сун (960 – 1279 г.) китайците започват да правят хартиени печатни пари. За производството на хартия са използвали лико от липа, дървесна кора, влакна от тропически растения, слама.[2]
Технологията на производство на хартия напуска Китай и достига до Индия. Арабите се срещат с нея, когато завладяват Централна Азия през VIII век и виждат колко е практично да я използват за административни цели: хартията се изработва по-лесно от пергамента, не се напуква като папируса и попива мастилото, което прави записите по-трайни. Първите сведения за това са от Самарканд, по-късно в Багдад и Дамаск. Производството на хартия достига до пределите на средновековна Европа през Ал Андалус (днешна Испания и Португалия) през X век. Именно от тези страни европейците се научават да правят хартия от лен и са изградени първите фабрики за хартия, задвижвани с вода.[3] Подобряването на качеството на хартията за кратко време по-късно допринася за успеха на Йоханес Гутенберг в създаването на модерното книгопечатане.[4] Първата машина за производство на непрекъсната хартия е изобретена и патентована от Никола Луи Робер[5] през 1798 г. През XIX век промишленото производство значително намалява разноските като позволява по-висококачествено и евтино производство на хартия. Така обменът на информация, записана на хартия, допринася за значими културни промени. През 1844 г. независимо един от друг канадският изобретател Чарлз Фенърти и немският Ф.Г. Келер откриват възможност за производство на хартия от дървесни влакна.
Хартията не се разтваря във вода, но при омокряне поема много влага и губи здравината си поради своята хигроскопичност. При изсъхване хартията губи формата си, променя се неравномерно в размерите си и на местата на омокряне се изкривява.
Хартията може да бъде с различна дебелина (маса на един квадратен метър). Материал с маса от 40 до 250 g/m2 се смята за хартия, а над тези стойности за картон.
Около 20% от добивите на дървен материал в света служат за производство на хартия, което е свързано с високо потребление на вода и химикали. Ето защо се обръща все повече внимание на възможностите за вторичната ѝ обработка. В наши дни рециклираната хартия е най-важната суровина за повечето опаковъчни и вестникарски видове, защото спомага за опазване на горите и природата като цяло.
Голяма част от произведените в миналото книги не са съхранени или са запазени в много лошо състояние. Причината е в различни външни влияния, както и насекоми като люспеницата, която като цяло няма вредно влияние в дома.
За да се запазят книгите са разработени различни технологии, които да намалят разрушаващото въздействие на времето върху тях.[6] Днес хартията, която трябва да е устойчива на стареене трябва да изпълнява следните критерии:
В Съветския съюз и в Русия например съществуват няколко типа разделяне на хартията, предназначена за печатни произведения. По дълговечност, най-голям живот има хартия № 1 – с най-голямо съдържание на целулоза от 0,8 до 1, на нея са печатани например енциклопедии, събрани съчинения и други, хартия № 2 – по-малко дълговечна със съдържание на целулоза 0,5 – 0,6, на която са печатани основно учебници, и хартия № 3 – най-малко дълговечна със съдържание на 0,35 и по-малко. В зависимост от гладкостта на хартията, тя може да бъде матова (леко гладка), глазирана (малко по-гладка) и тебеширена (най-гладка).
Съгласно стандарт от Германия DIN 6738 от 1999.1., хартията се дели на четири класи на дълговечност.
Независимо от вида на използваните за производството на хартията влакна, тя може да бъде произвеждана както ръчно така и машинно. За машинното производство през годините е създадена развита хартиена промишленост, произвеждаща хартия, картон и мукава.
Хартията се състои основно от целулоза, влакната на която е от няколко милиметра до няколко сантиметра. Първоначално целулозата се почиства като се освобождава от хемицелулоза, смоли и други части на растителен произход. Получената целулоза се разрежда с много вода и се отделят влакната едно от друго. Получената рядка каша е готов материал и при нейното разпределяне върху едно фино сито, съдържанието на вода е 99%, а при ръчна обработка е 97%. Голяма част от водата се окапва. Ситото трябва да се придвижва така, че влакната да лягат едно върху друго и едно до друго и образуват основата на хартиения лист. Когато хартията изсъхне, повърхността ѝ се затваря с помощта на нишесте, модифицирана целулоза или поливинилов алкохол. Този процес се нарича импрегнация. Това импрегниране става и вътре в материала чрез добавки.
Когато върху ситото се постави една форма или нишка, на това място се отлагат по-малко влакна и в готовата хартия могат да се видят водни знаци като минимум при преглед срещу светлина.
Необходимите за производство изходни суровини могат да се разделят на четири групи:
Дървесните частици се обработват химически при процеса на варене. Влакната се освобождават при 12 до 15-часово варене от нежеланите съставки на дървесината. Химически дървесината се състои от:
При премахването на старото мастило от хартията втора употреба се използват химикали (сапуни и натриев силикат) за разтварянето му от влакната на старата хартия. Чрез продухването с въздух на повърхността на кашата се образува пяна, в която се събират остатъците от боята и могат да се отстранят. този метод се нарича флотация.
Полумасата се преработва в готова хартиена маса чрез смилане на влакната и смесване. Влакната на материалите на полумасата се разделят по-нататък в рафиниращи пречистващи машини. Полуготовият продукт преминава в рафиниращата машина между валяк с ножове и странично закрепени основни ножове. При това влакната или се нарязват или премачкват. Това зависи от разположението на ножовете. В зависимост от тази обработка получената хартия е мека, обемна и с по-голяма хигроскопичност като попивателната хартия или здрава твърда хартия като например прозрачна хартия за чертане. Освен това влакната могат да се запазят по-дълги или да се скъсят, като при това дългите влакна по-лесно се сплъстяват.
Готовата хартиена маса с концентрация 2,5 – 3,5 % се подава с помощта на помпа от подготовката към смесителния съд и от там влиза в машината за производство на хартия. Предварително масата се разрежда с оборотна вода (до концентрации 0,1 – 0,7 %) и се прекарва след това през очиствателни съоръжения.
Най-разпространен тип машини са тези с плоска хоризонтална мрежа. Машината се състои от мрежова, пресова, сушилна част, каландър и навиване. Готовата хартиена маса изтича непрекъснато върху движещата се в затворен кръг мрежа. Там си извършва изтичане на водата и уплътняване на хартиеното платно. В пресовата част се извърша допълнително отстраняване на водата и уплътнение на хартиеното платно. Окончателното отстраняване на влагата става в сушилната част. След това хартията се навива на устройството за навиване. Възможно е след това хартията да бъде обработена в суперкаландър, предствляващ вертикална батерия от 5 до 8 метални вала. При движението си надолу хартията става по-гладка, уплътнява се и се изравнява по дебелина.
При производството на хартия в света особено внимание се обръща на изразходваните за целите на производството прясна вода, дървен материал и енергия. Около 20% от добива на дървесина в света се използва за производство на хартия. От началото на промишленото производство на хартия разходът на вода се явява голям проблем. В първите хартиени мелници разходът на прясна вода е 1200 литра вода на килограм, а благодарение на многократно подобрените методи на производство е спаднал на седем литра на килограм хартия. Само в някои случаи, когато за производството се използва само стара хартия, разходът на прясна вода е намален до нула чрез затваряне на цикъла след обработката на отпадната вода. Заедно с високия разход на вода проблем е и обработката на отпадните води.
Разходът на енергия за производство е 2,5 kWh за килограм хартия.[7]
Дали произведената хартия ще бъде класифицирана като такава или като картон зависи от масата ̀и на 1 m² площ и от предназначението и. Ориентировъчните стойности за класификацията са следните:
Хартията бива:
Производството на лек картон с покритие от полиетилен или алуминий прави възможно изработката на леки еднократни съдове за съхранение и консумация.
Хартията може да се използва за изработка на текстилни изделия или директно, или като се нареже на ленти, те се усучат и изтъкат като текстилни изделия.
В България съществуващите предприятия за хартия произвеждат основно картон и велпапе за опаковки, тоалетна хартия и хартия за домакински нужди, както и целулоза. Най-големите предприятия са „Дуропак Тракия“ АД, „Монди Стамболийски“ ЕАД, „Свилоцел“ ЕАД, „Дунапак Родина“, „Костенец ХХИ“, „Белово Пейпър Мил“ и други. Изнася се и суровина под формата на химична дървесна маса.[8]
През 1953 година Рей Бредбъри създава произведението си 451 градуса по Фаренхайт. Романът е дистопия и описва тоталитарно общество, което насърчава масовата култура и потребителското мислене, а книгите са забранени и подлежат на изгаряне. Доживотната страст на Бредбъри към книгите започва още през ранните му години. Той е ужасен от това, че е възможно книги да бъдат изгаряни. Заглавието на романа идва от идеята, че температурата на самозапалване на хартията е 451 °F (233 °C). Вероятно при проучването си Бредбъри е получил неточна информация, вероятно от пожарникаря, който го е консултирал. Според източник действителната температура е 451 °С.[9]. В действителност различните източници дават различни стойности на тази температура в широки граници в зависимост от качеството на хартията – най-ниска за вестникарската хартия и висока при висококачествената луксозна хартия.